BAB VI
UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH
A. Unit Pendukung Proses (Utilitas)
Unit pendukung proses atau disebut dengan unit utilitas merupakan sarana
penunjang proses yang diperlukan pabrik agar dapat berjalan dengan baik. Pada
umumnya, utilitas dalam pabrik proses meliputi air, steam, listrik. Pada pabrik
Margarin, utilitas mencakup unit-unit sebagai berikut :
1. Unit Penyedia Air
Unit ini bertugas menyediakan dan mengolah air untuk memenuhi kebutuhan
air, diantaranya :
a. Air untuk Kebutuhan Umum
Kebutuhan air umum meliputi kebutuhan air karyawan kantor, perumahan
dan sanitasi, kebersihan dan pertamanan, laboratorium dan pemadam
kebakaran.
Kebutuhan air untuk keperluan umum dapat dilihat pada Tabel 6.1
sedangkan perhitungan kebutuhan air dapat dilihat pada lampiran D
(hal. D.1-D.5 ).
105
Tabel. 6.1. Kebutuhan Air untuk General Uses
No. Kebutuhan Jumlah Satuan
1 Air kebutuhan karyawan dan kantor 26,25 m³/hari
2 Air laboratorium 10 m³/hari
Total 36,25 m³/hari
1,5104 m³/jam
1.510,4167 kg/jam
b. Air Pendingin
Air pendingin yang digunakan ialah air olahan yang berasal dari sungai
Setoekoel dengan debit aliran rata-rata sebesar 216 m3/s (Giesen, 1991 ;
Manik, 1991 ; BPS, 1997 REPPProt, 1988 ; PU, 1996 et. al., 2010). Air
pendingin merupakan air yang digunakan sebagai pendingin peralatan
proses dan pertukaran/perpindahan panas dalam heat exchanger dengan
tujuan untuk memindahkan panas suatu zat di dalam aliran ke dalam air.
Hal-hal yang harus diperhatikan dalam penyediaan air untuk keperluan
pendinginan sebagai berikut :
1. Kesadahan air yang dapat menyebabkan terjadinya scale (kerak) pada
sistem perpipaan.
2. Bahan-bahan penyebab korosi dan bahan-bahan penyebab penurunan
efisiensi perpindahan panas seperti minyak.
Total air pendingin yang diperlukan sebesar 20.935,4181 kg/jam. Tabel 6.2
menunjukkan kebutuhan air pendingin untuk kebutuhan di unit proses.
106
Tabel 6.2. Kebutuhan Air Untuk Air Pendingin
No. Kebutuhan Jumlah Satuan
1Reaktor (R-201/202)Cooler (CO-301)
20.935,4181 kg/jam
Total 20.935,4181 kg/jam
Over Design 10% 23.028,9599 kg/jam
Recovery 90%, make up 2.302,8959 kg/jam
Air pendingin diproduksi oleh menara pendingin (Cooling Tower), yang
mengolah air dengan proses pendinginan dari suhu 52,6416oC menjadi 30
oC, untuk dapat lagi digunakan sebagai air untuk proses pendinginan pada
alat pertukaran panas dari alat yang membutuhkan pendinginan.
Air pendingin yang telah keluar dari media-media perpindahan panas di area
proses akan disirkulasikan dan didinginkan kembali seluruhnya di dalam
Cooling Tower. Penguapan dan kebocoran air akan terjadi di dalam
Cooling Tower ini. Oleh karena itu, untuk menjaga jumlah air pendingin
harus ditambah air make up yang jumlahnya sesuai dengan jumlah air yang
hilang. Jumlah make up water untuk Cooling Tower sebesar 2.302,8959
kg/jam.
Sistem air pendingin terutama terdiri dari Cooling Tower dan basin, pompa
air pendingin untuk peralatan proses, sistem injeksi bahan kimia, dan induce
draft fan. Sistem injeksi bahan kimia disediakan untuk mengolah air
pendingin untuk mencegah korosi, mencegah terbentuknya kerak dan
pembentukan lumpur diperalatan proses, karena akan menghambat atau
menurunkan kapasitas perpindahan panas.
107
Pengolahan air pada Cooling Tower dilakukan dengan menginjeksikan zat
kimia pada basin, yaitu (nadhori.blogspot.com, 21 Juni 2011, 21:35 WIB):
- Corrosion inhibitor, yaitu berupa natrium fosfat yang berfungsi untuk
mencegah korosi pada peralatan.
- Scale inhibitor, berupa dispersant yang berfungsi untuk mencegah
pembentukan kerak pada peralatan yang disebabkan oleh senyawa-
senyawa terlarut.
- Penetral pH, berupa asam sulfat dengan konsentrasi 4 % v/v. Asam
sulfat ini diberikan untuk menetralkan pH air yang berasal dari proses
agar sesuai pH air (± 7) ketika keluar dari Cooling Tower.
c. Air Umpan Boiler
Air ini digunakan sebagai umpan boiler agar dapat menghasilkan steam
yang dapat digunakan sebagai pemanas. Hal-hal yang perlu diperhatikan
dalam penanganan air umpan boiler :
- Zat-zat penyebab korosi
Korosi yang terjadi pada boiler disebabkan air pengisi mengandung
larutan asam, gas-gas terlarut, seperti O2, CO2, H2S, NH3. gas-gas terlarut
dapat dihilangkan pada Deaerator dengan menambahkan senyawa
Hidrazin (N2H2) dengan reaksi sebagai berikut :
2N2H2 + O2 ↔ N2 + H2O
- Zat-zat penyebab foaming
Air yang diambil kembali dari proses pemanasan bisa menyebabkan
foam (busa) pada boiler. Karena adanya zat-zat organik, anorganik, dan
108
zat-zat yang tidak terlarut dalam jumlah besar. Efek pembusaan
terutama terjadi pada alkalinitas yang tinggi. Berdasarkan hal tersebut,
sangat jelas bahwa pertanyaan, jika pada unit Demineralisasi, terutama
pada Cation Exchanger dan Anion Exchanger, dapat ditukar posisinya?
Jawabannya, tentu saja tidak, karena syarat air umpan boiler salah
satunya sudah jelas, tidak mengandung alkalinitas yang tinggi. Artinya
pada unit Demineralisasi, posisi ke dua ialah Anion Exchanger.
- Zat-zat yang menyebabkan scale foaming
Pembentukan kerak disebabkan adanya kesadahan dan suhu tinggi yang
bisa berupa garam-garam karbonat dan silika.
Kebutuhan steam pada unit proses terdiri dari
Kebutuhan steam recovery
Tabel 6.3. Kebutuhan Steam Recovery
No. Kebutuhan Jumlah Satuan
1 Heater ( HE-102 ) 647,3753 kg/jam
2 Emulsification Tank ( ET-301) 483,3196 kg/jam
Total 1.130,6949 kg/jam
Over Design 10% 1.243,76439 kg/jam
Recovery 90%, make-up 124,3764 kg/jam
Kebutuhan steam nonrecovery
Tabel 6.4. Kebutuhan Steam Non-Recovery
No. Kebutuhan Jumlah Satuan
1 Mixing Point ( MP-601 ) 83,7007 kg/jam
2 Regenerasi adsorben AD-101/102 0.8958 kg/jam
Total 84,5965 kg/jam
Over Design 10% 93,0562 kg/jam
109
d. Air Proses
Air proses ini dibutuhkan pada unit proses terutama pada proses pelarutan
zat pengemulsi pada SO-301. Kebutuhan air proses dapat dilihat pada Tabel
6.5.
Tabel 6.5. Kebutuhan Air Untuk Process Water
No. Kebutuhan Jumlah Satuan
1 Solution Tank (SO-301) 818,1818 kg/jam
Total 818,1818 kg/jam
Over Design 10% 899,9999 kg/jam
e. Air Hydrant
Salah satu bagian dari utilitas pabrik ini adalah air pemadam kebakaran.
Kebutuhan air untuk seksi ini sangat diperlukan jika suatu saat terjadi
musibah kebakaran yang menimpa salah satu bagian dari pabrik. Jadi,
penggunaan air untuk keperluan ini tidak dilakukan secara rutin dan
kontinyu tetapi hanya bersifat insidental hanya saat terjadi kebakaran. Pada
praktiknya, kebutuhan air ini disalurkan melalui pipa hydrant yang
tersambung melalui saluran yang melintasi seluruh lokasi pabrik. Pipa-pipa
hydrant terutama dipersiapkan pada lokasi pabrik yang cukup strategis
dengan pertimbangan utama adalah pada kemudahan pencapaian pada
semua lokasi pabrik. Perkiraan jumlah air yang dibutuhkan untuk pemadam
kebakaran sekitar 992,857 kg/jam yang akan ditampung dalam bak
penampung. Fasilitas pemadam kebakaran seperti fire hydrant perlu
ditempatkan pada tempat-tempat yang strategis, disamping itu disediakan
110
pula portable fire fighting equipment pada setiap ruangan dan tempat-tempat
yang mudah dicapai. Dengan adanya fasilitas ini diharapkan keselamatan
dan kesehatan kerja pabrik ini meningkat. Sehingga kebutuhan total air pada
pabrik margarin sebesar 30,1963 m3/jam.
Air yang digunakan dalam pabrik ini, seperti air proses, air umpan boiler,
air pendingin dan lainnya diperoleh dari air sungai. Untuk mendapatkan
spesifikasi air sesuai dengan kebutuhan dilakukan pengolahan dengan
beberapa tahap. Pengolahan yang dilakukan setelah pemompaan dari sungai
adalah penjernihan, penyaringan, desinfektasi, demineralisasi, dan deaerasi.
Pengolahan air tersebut dilakukan baik secara fisika maupun secara kimia
(Bahan Kuliah Utilitas dan Penggerak Mula, 2010).
Tujuan pengolahan air secara fisika antara lain :
Memisahkan padatan yang besar (Coarse Solid)
Memisahkan padatan yang tersuspensi dan terapung
Memisahkan lemak
Tujuan pengolahan secara kimia antara lain :
Pengendapan zat-zat terlarut dengan memakai koagulan. Koagulan
merupakan zat-zat kimia yang mampu menetralisir muatan partikel
koloid yang memiliki fungsi untuk mengikat partikel-partikel tersebut.
Contohnya seperti Alum (Al2(SO4)3), Ferro Sulfat (Fe2SO4.7H2O), Ferric
111
Filtrasi Demineralisasiklarifikasi Deaerasiair umpan
boiler
air sanitasi
air keperluan umum
air hidran
cooling tower air pendingin
Airsungai
Air Proses
Sulfat (Fe(SO)4), Sodium Aluminate (NaAlO2), Amonia Alum, dan
Chlorinasited Copperas.
Penghilangan zat-zat racun dan bibit penyakit
Menghilangkan bau dan rasa
Diagram alir pengolahan air adalah sebagai berikut ;
Gambar 6.1. Diagram Alir Pengolahan Air
1. Penjernihan (Clarification)
Bahan baku air diambil dari badan air sungai. Air sungai dialirkan dari
daerah terbuka ke water intake system yang terdiri dari screen dan
pompa. Screen dipakai untuk memisahkan kotoran dan benda-benda
asing pada aliran suction pompa. Air yang tersaring oleh screen masuk ke
suction pompa dan dialirkan melalui pipa masuk ke unit pengolahan air.
Air masuk ke dalam tangki sedimentasi untuk mengendapkan dan
memisahkan lumpur yang mungkin terbawa, yang dapat menyebabkan
gangguan fouling di dalam proses penyediaan air bebas mineral. Partikel
yang besar dihilangkan dengan penyaringan, tetapi koloidal yang ada
dilepas melalui proses klarifikasi dalam penetralan dan penggumpalan
112
(coagulation) dan sebelum dikeluarkan dilakukan injeksi larutan alum,
kaustik, dan klorin. Jumlah aliran bahan kimia yang masuk dikontrol
secara otomatis sebanding dengan jumlah air yang masuk. Jumlah injeksi
bahan kimia tergantung dari mutu air sungai dan keadaan operasi di
lapangan. Semua air alam mengandung bermacam-macam jenis dan
jumlah pengotor. . Kotoran ini dapat digolongkan sebagai :
- Padatan yang terlarut
Zat-zat padat yang terlarut terdiri dari bermacam-macam komposisi
mineral-mineral seperti kalsium karbonat, magnesium karbonat,
kalsium sulfat, magnesium sulfat, silika, sodium klorida, sodium sulfat
dan sejumlah kecil besi, mangan, florida, aluminium, dan lain-lain.
- Gas-gas yang terlarut
Gas-gas yang terlarut biasanya adalah komponen dari udara walaupun
biasanya jarang, seperti hidrogen sulfida, metana, oksigen dan CO2.
- Zat yang tersuspensi
Dapat berupa kekeruhan (turbidity) yang terjadi dari bahan organik,
mikro organik, tanah liat dan endapan lumpur, warna yang disebabkan
oleh pembusukan tumbuh-tumbuhan, dan lapisan endapan mineral
seperti minyak.
Pada proses penjernihan air, telah disebutkan menggunakan koagulan
agar dapat meningkatkan proses penggumpalan partikel-partikel
tersuspesi, disamping itu pula, digunakan bahan kimia yang berfungsi
untuk membunuh bakteri, jamur, dan mikroorganisme, dan bahan kimia
113
yang berfungsi sebagai pengatur pH sehingga dapat mempermudah
pembentukan flok.
- Larutan Alum (Alumunium Sulfat)
Berupa tepung berwarna putih, dapat larut dalam air, stabil dalam
udara, tidak mudah terbakar, tidak dapat larut dalam alkohol dan dapat
dengan cepat membentuk gumpalan. Alum berfungsi sebagai bahan
penggumpal (floculant) untuk menjernihkan air. Pembentukan flok
terbaik pada PH 6,5 – 7,5. Jumlah alum yang diinjeksikan sebanyak
0,06 % dari air umpan dengan konsentrasi 6 % volum (hal 94;
Cheremisinoff, 2002). Reaksi yang terjadi (nadhori.blogspot.com,
Selasa, 21 Juni, 2011, 20:12 WIB ; Bahan Kuliah Utilitas dan
Penggerak Mula, 2010) :
Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 → 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2
Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 +3 H2O → 2 Al(OH)3 +3 Na2SO4 + 3 CO2
- Soda Kaustik (NaOH)
Diinjeksikan untuk mengatur pH atau memberikan kondisi basa pada
air sungai sehingga mempermudah pembentukan flok oleh alum
karena air sungai cenderung bersifat asam. Jumlah soda abu yang
diinjeksikan sebanyak 0,05 % dari air umpan dengan konsentrasi 20 %
volum (hal 105, Cheremisinoff, 2002).
- Klorin/Kaporit
Berfungsi untuk membunuh bakteri, jamur, dan mikroorganisme.
Jumlah kaporit yang diijeksikan sebanyak 0,6 % dari umpan dengan
konsentrasi 15% (hal 471; Cheremisinoff, 2002).
114
Air sungai yang telah ditreatment pada unit pengendapan, penggumpalan,
selajutnya diolah pada unit filtrasi yaitu pada Sand Filter.
- Penyaringan (Filtration)
Air yang dipersiapkan sebagai bahan baku untuk proses pertukaran
ion (ion exchanger) harus disaring untuk mencegah fouling di penukar
ion yang disebabkan oleh kotoran yang terbawa. Sejumlah kotoran
yang terbawa dikoagulasikan pada proses penjernihan. Bahan akan
dihilangkan termasuk bahan organik, warna dan bakteri. Air yang
telah mengalami proses penjernihan, turbiditasnya menjadi 5 ppm atau
lebih rendah. Selama operasi dari filter, kotoran yang masih terbawa
pada air setelah mengalami proses penjernihan akan terlepas oleh
filter dan terkumpul pada permukaan bed.
Penyaringan ini menggunakan media pasir atau sand filter berbentuk
silinder vertikal yang terdiri dari antrasit, fine sand, coarse sand, dan
activated carbon. Activated carbon digunakan untuk menghilangkan
klorin, bau dan warna. Bila sand filter ini telah jenuh maka perlu
dilakukan regenerasi, dengan cara cuci aliran balik (backwash) dengan
aliran yang lebih tinggi dari aliran filtrasi, hal ini dilakukan untuk
melepaskan kotoran (suspended matters) dari permukaan filter dan
untuk memperluas bidang penyaringan. Setelah di-backwash dan filter
dioperasikan kembali, air hasil saringan untuk beberapa menit pertama
dikirim ke pembuangan, hal ini dilakukan untuk membersihkan sistem
dari benda-benda padat yang masih terbawa dan setelah itu dibuang.
Backwash filter secara otomatis terjadi bila hilang tekan tinggi (high
115
pressure drop) tercapai atau waktu operasi (duration time) tercapai.
Larutan kaustik diinjeksikan melalui pipa (line header outlet) dari
sand filter untuk mengatur pH dari produk air filter yang masuk ke
tangki penyimpanan air filter .
Untuk mencegah tumbuhnya mikroorganisme yang ada dalam air
filter dilakukan injeksi klorin. Dari tangki air filter, air didistribusikan
ke menara pendingin, keperluan air umum, dan unit demineralisasi.
- Demineralisasi
Demineralisasi berfungsi mengambil semua ion yang terkandung di
dalam air. Air yang telah mengalami proses ini disebut air demin
(Deionized Water). Sistem demineralisasi disiapkan untuk mengolah
air filter dengan penukar ion (Ion Exchanger) untuk menghilangkan
padatan yang terlarut dalam air dan menghasilkan air demin sebagai
air umpan boiler untuk membangkitkan steam tekanan 36 atm dan
temperatur 245 oC serta tekanan 36 atm dan temperatur 500oC.
Unit penyediaan air bebas mineral terdiri dari penukar kation (Cation
Exchanger) dan penukar anion (Anion Exchanger). Pada penukar
kation diisi dengan penukar ion asam lemah berupa metilen akrilat.
Resin ini dirancang untuk menghilangkan/mengikat ion-ion logam
dari air atau ion-ion positif seperti K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn+ dan Al3+,
dengan reaksi sebagai berikut :
R-H + NaCl(aq) R-Na(s) + HCl(aq)
116
Resin akan melepaskan ion H+ sehingga air yang dihasilkan akan
bersifat asam dengan pH 3,2 - 3,3. Apabila pH air yang keluar
melebihi batas yang dibolehkan, berarti resin yang ada telah jenuh dan
perlu diregenerasi. Hal tersebut dilakukan dengan melarutkan asam
sulfat sehingga ion H+ dari asam sulfat akan menggantikan ion logam
dalam resin dan selanjutnya resin dapat digunakan. Penyerapan ion
positif mutlak dilakukan agar tidak membentuk kerak.
Penukar anion berisi penukar ion basa lemah berupa resin amino
polistirena, NH(CH)2OH). Resin ini dirancang untuk menghilangkan
ion asam dari air atau ion-ion negatif seperti karbonat, bikarbonat,
sulfat, sulfit, nitrat, nitrit, silika, dan lain-lain, dengan reaksi sebagai
berikut :
Z-OH + HCl(aq) Z-Cl(s) + H+ + OH-
Penukar kation-anion berisi campuran resin kation dan anion untuk
pengolahan akhir air. Semua penukar ion dioperasikan dengan aliran
air yang kontinyu. Resin yang diisikan ke penukar ion diregenerasi
bila kemampuannya menukar ion telah habis dan sebagai batasannya
adalah total galon dan konduktivitas air (high SiO2, high conductivity).
Regenerasi terdiri dari tiga langkah yaitu cuci balik (backwash),
regenerasi awal dengan bahan kimia, dan pencucian (rinse).
Bahan kimia yang dipakai untuk regenerasi dari penukar ion dan
netralisasi air bekas regenerasi adalah :
1. Asam sulfat (H2SO4)
117
2. Soda kaustik (NaOH)
Reaksi yang terjadi pada saat regenerasi adalah :
- Pada penukar kation
2 Na-R(s) + H2SO4 (aq) 2 R-H(s) + Na2SO4 (aq)
- Pada penukar anion
Z-Cl(s) + NaOH(aq) Z-OH(s) + NaCl(aq)
Buangan bahan kimia dari Cation Exchanger dan Anion Exchanger
mengalir ke bawah ke dalam kolam netralisasi melalui saluran
pembuangan. Air bebas mineral yang telah diproduksi selanjutnya
akan dialirkan ke tangki penampungan air demin
(nadhori.blogspot.com, Selasa, 21 Juni 2011, 20: 52 WIB).
- Deaerasi
Deaerasi merupakan proses penghilangan gas-gas terlarut yang
terdapat pada air keluaran Ion Excahanger, untuk air umpan boiler
yang berasala dari Demin Water Tank, gas-gas terlarut harus
dihilangkan terutama gas terlarut berupa O2. Penghilangan gas O2
tersebut dilakukan pada Deaearator, dengan ditambahkan bahan kimia
hidrazin (N2H4) yang akan mengikat gas O2.
2. Unit Penyedia Tenaga Listrik
Kebutuhan tenaga listrik dipenuhi oleh generator yang digerakkan oleh turbin
uap, dimana menggunakan steam yang dihasilkan dari boiler, hal ini bertujuan
118
agar tidak diperlukan aliran listrik dari PLN, dan hal ini membuat keefisienan
energi pabrik ini menjadi lebih baik. Generator yang digunakan adalah
generator bolak balik atas dasar pertimbangan sebagai berikut :
Tenaga listrik yang dihasilkan cukup besar
Tegangan dapat dinaikkan atau diturunkan sesuai dengan kebutuhan
dengan menggunakan transformator.
Generator cadangan berkekuatan 1.750 kW, dapat beroperasi selama 3 hari.
Generator yang dipakai adalah jenis generator AC tiga fase, karena memiliki
beberapa kelebihan, antara lain :
Tegangan listrik stabil, daya kerja lebih besar.
Kawat penghantar yang digunakan lebih sedikit
Motor tiga fase harganya relatif lebih murah dan sederhana.
Kebutuhan listrik untuk pabrik direncanakan untuk penerangan seluruh area
pabrik, keperluan proses dan keperluan utilitas.
Kebutuhan listrik total sebesar 434,1189 kW dengan over desain 10 %,
sehingga kebutuhan total = 0,4775 MW ≈ 0,5 MW
3. Unit Penyediaan Bahan Bakar
Unit ini bertugas menyediakan bahan bakar untuk kebutuhan boiler dan
generator. Unit pengadaan bahan bakar bertujuan untuk memenuhi kebutuhan
bahan bakar pada generator. Bahan bakar yang digunakan adalah panas sisa
dari proses produksi hidrogen pada plan hidrogen.
119
4. Unit Penyediaan Udara Tekan
Unit ini bertugas menyediakan udara tekan yang dipakai dalam sistem
instrumentasi pneumatik dan untuk regenerasi pada plan hidrogen. Pada
perancangan pabrik Margarin, unit penyediaan udara tekan digunakan untuk
menjalankan instrumentasi dan udara plant di peralatan proses, seperti untuk
menggerakkan control valve serta untuk pembersihan peralatan pabrik. Sumber
udara pabrik dan udara instrumen adalah dari udara lingkungan yang diambil
menggunakan blower dan dikirim menuju alat-alat instrumentasi di unit proses
maupun di unit utilitas setelah melewati beberapa proses.
5. Unit Penyedia Steam
Unit ini bertugas menyediakan steam untuk kebutuhan proses. Steam yang
digunakan dalam pabrik margarin ini adalah saturated steam pada tekanan 36
atm dengan suhu 245oC dan superheated steam pada tekanan 36 atm dengan
suhu 500oC. Steam ini dipergunakan untuk menukar panas pada aliran yang
perlu dinaikkan suhunya. Sistem penyediaan steam terdiri dari deaerator dan
boiler (steam generator).
a. Deaerasi
Proses deaerasi terjadi dalam Deaerator yang berfungsi untuk
membebaskan air bebas mineral (demin water) dari komponen udara
melalui spray, sparger yang berkontak secara counter current dengan
steam. Demin water yang sudah bebas dari komponen udara ditampung
dalam drum dari Deaerator. Larutan hidrazin diinjeksikan ke dalam
120
deaerator untuk menghilangkan oksigen terlarut dalam air bebas mineral,
dengan reaksi sebagai berikut :
N2H4 (aq) + O2 (g) N2 (g) + 2 H2O (aq)
Kandungan oksigen keluar dari Deaerator didesain tidak lebih besar dari
0,005 ppm.
b. Steam Generation
Pembentukan steam terjadi di dalam boiler (steam generator) Pada
perancangan pabrik Margarin ini digunakan boiler tipe waste heat boiler
dimana bahan bakar boiler berasal dari panas sisa produksi hidrogen pada
plan hidrogen.
6. Unit Penyedia Refrigerant
Refrigerant yang digunakan adalah amonia sebagai pendingin pada solidator.
Amonia yang telah digunakan diolah dalam sistem refrigerasi amonia pada unit
utilitas. Sistem refrigerasi ini berfungsi untuk mensirkulasikan amonia
pendingin pada solidator (SD-301) dan cooler (CP-601) dengan kondisi
operasi sebagai berikut :
T operasi = 10 oC
Tekanan operasi = 6 atm
Temperatur masuk ammonia (gas) = -33,5 oC (P = 1 atm)
Tempertatur keluar ammonia (cair) = -33,5 oC
Ammonia cair masuk berwujud cair dan keluar dengan fase gas. Amonia
bersirkulasi menggunakan konsep liquifaction, liquifaction adalah perubahan
zat dari wujud gas ke bentuk cairan. Karena perubahan wujud zat sebanding
121
dengan perbedaan jumlah energi dari molekul yang membentuk zat tersebut,
maka energi panas harus diserap atau dilepas oleh zat tersebut sehingga dapat
merubah keadaan wujud zat tersebut. Dengan demikian, perubahan zat dari
padat ke cair atau dari cair ke gas memerlukan penambahan panas. Jika gas
mengalami kompresi, panas akan terlepas dan berubah fasa menjadi cair,
sehingga pendinginan ekstrem tidak mutlak diperlukan untuk pencairan gas.
Pendinginan semacam ini ditemukan oleh Thomas Andrew pada tahun 1969.
disebutkan bahwa setiap gas mempunyai temperatur kritis, dan apabila
pencairan dilakukan diatas temperatur kritis maka gas tersebut tidak dapat
dicairkan dan tidak berpengaruh berapapun tekanan diberikan.
Ketika gas tersebut dikompresi, molekul-molekul gas saling tarik-menarik
sehingga kalor pun terlepaskan. Pada proses kompresi, kecepatan molekul-
molekul gas dan jarak antara molekul tersebut semakin dekat sampai akhirnya
gas tersebut mengalami perubahan wujud menjadi cairan (Wikipedia, 2012)
Sistem refrigerasi kompresi uap merupakan sistem/daur yang paling banyak
digunakan dalam daur refrigerasi.
Dari neraca panas panas yang diserap oleh fluda dingin :
Nilai Q negatif berarti panasnya harus dibuang, maka untuk menghitung beban
pendingin
- Pendingin yang digunakan = amonia pada T = -33.5 oC
- Hv ammonia pada -33,5 oC = 1.417,498 kJ/kg
- Hf ammonia pada -33,5 oC = 47,9006 kJ/kg
- λ (panas laten) = 1.369,5973 kJ/kg
122
Kebutuhan ammonia refrigerant = 643,3492 kg/jam
7. Unit Penyedia Hidrogen
Dalam proses hydrogenasi dibutuhkan hidrogen sebagai bahan bakunya, maka
dari itu dibuatlah plant hidrogen untuk menunjang keberlangsungan proses
produksi. Berikut pemilihan proses pembuatan hidrogen :
Secara mendasar, spesifikasi proses komersial untuk pabrik hidrogen diperoleh
dari steam reforming, oksidasi parsial, gasifikasi batubara, dan elektrolisa air.
Di seluruh dunia, hidrogen sebagai bahan baku untuk industri kimia diperoleh
sebagai berikut : 77% dari gas alam/petroleum, 18% dari batubara, 4% dari
elektrolisa air, dan 1% dari proses lain. Semua proses ini menghasilkan
hidrogen dari hidrokarbon dan air.
Mekanisme reaksi proses produksi hidrogen dalah sebagai berikut :
1. Steam methane reforming : CH4 + 2H2O CO2 + 4H2
2. Residu partial oxidation : CH1,8 + 0,98H2O + 0,51O2 CO2 + 1,88 H2
3. Coal Gasification : CH0,8 + 0,6H2O + 0,7O2 CO2 + H2
4. Water Electrolysis : 2H2O 2H2 + O2
(Othmer, 1967)
Produksi tahunan dunia adalah sekitar 500 milyar Nm3. Produsen yang
paling besar adalah produk udara, yang beroperasi lebih dari 50 pabrik
individu, yang menghasilkan lebih dari 25 juta Nm3 per hari, dan 7 sistem
perpipaan secara total lebih dari 340 juta. Produksi curah hidrogen (hampir
50%) dihasilkan oleh proses Steam Methane Reforming, dimana proses
tersebut merupakan rute yang sangat ekonomis. (Dutton, G., 2002).
123
Steam Methane Reforming
Hydrogen Production Unit (HPU) dengan menggunakan metode steam
methane reforming telah menjadi aplikasi produksi hidrogen yang paling
banyak digunakan di seluruh dunia. Umpan hydrocarbon setelah melalui
desulfurizer kemudian bergabung dengan umpan steam di reformer melalui
nickel on alumina based catalyst yang ada dalam reforming furnace tube.
Produk gas hasil reforming berupa hidrogen, karbon dioksida, karbon
monoksida, metana (sisa), dan steam (excess/berlebih). Reaksi steam
reforming bersifat endotermis (memerlukan panas). Panas disediakan oleh
burner dalam suatu reforming furnace. Kondisi operasi optimum tergantung
pada jenis feed dan spesifikasi produk. Biasanya steam reformer beroperasi
pada temperatur outlet 750 s/d 850 0C dan temperatur tube skin hingga 980
0C. Sedangkan tekanan operasi dapat mencapai 37 kg/cm2.g. Steam to
carbon ratio biasanya antara 2,5 s/d 8 mol steam per atom carbon. Pada
steam to carbon ratio minimum akan terbentuk methane, sedangkan pada
steam to carbon ratio maksimum akan terbentuk butane. Pembentukan
methane pada outlet steam reformer (atau biasa disebut methane slip) akan
meningkat dengan menurunnya temperature outlet steam reformer. Oleh
karena itu menjaga temperature outlet steam reformer pada kisaran 750 s/d
850 oC adalah sesuatu yang mandatory. (Budiarto, A., 2003).
Proses Steam Methane Reforming (SMR) terdiri atas 4 langkah proses :
a. Pemanasan stok umpan dan pemurnian (dibutuhkan karena katalis
memiliki sensitivitas yang tinggi oleh ketidakmurnian, contohnya : sulfur
, mercury, dan logam lainnya)
124
b. Steam reformer
c. Hydrogen Recovery with partial condensed (memisahkan gas hidrogen
yang terbentuk dengan gas-gas lainnya seperti CH4, H2O, CO2, dan
lainnya)
Reaksi reformer (untuk methana) :
CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 (ΔH0 = +164 kJ/mol) pada suhu 750-
850 0C
Reaksinya Beroperasi pada tekanan < 40 bar
Reaksi sangat endotermis
Konversi penguapan oleh steam dan suhu yang tinggi, konversi akan
berkurang dengan tekanan yang tinggi
Membutuhkan katalis nikel yang aktif
B. Pengolahan Limbah
Limbah merupakan materi atau zat sisa hasil pengolahan domestik dan industri.
Berdasarkan fisiknya, limbah dibedakan menjadi tiga bagian besar yaitu, limbah
cair, limbah padat , limbah gas, dan limbah B3, terkadang limbah padat sering
disebut dengan limbah cair maupun limbah B3. Menurut Lesmana, D., 2009,
masing-masing pengertian limbah antara lain :
Limbah Cair
Limbah cair merupakan campuran zat cair dan polutan.
Pada pabrik Margarin, limbah cair berasal dari aktifitas domestik seperti
MCK, perkantoran, dan aktifitas industri seperti air pencucian, pembilasan, sisa
125
pelarutan, dan blowdown.
Limbah Padat
Limbah padat merupakan campuran padatan dan polutan.
Pada pabrik Margarin ini tidak terdapat limbah padat.
Limbah Gas
Limbah gas merupakan campuran gas dan polutan.
Pada pabrik Margarin, limbah gas sebenarnya berasal dari FD-301 yang
berupa gas H2, tetapi gas tersebut direcycle ke reaktor, sehingga pembuangan
gas H2 ke lingkungan dapat diminimalisir.
Standar aturan pembuangan limbah cair industri kimia dapat dilihat pada Tabel 6.6.
Tabel 6.6. Syarat-Syarat Kualitas (Mutu) Air Limbah
No. Parameter SatuanBatas
Minimum
Batas
Maksimum
1 Arsen mg/l 0 0,05
2 Barium mg/l 0 0,05
3 Besi mg/l 0 1,0
4 Bor mg/l 0 1,0
5 Krom (6+) mg/l 0 0,05
6 Krom (3+) mg/l 0 0,5
7 Kadmium mg/l 0 0,01
8 Kobalt mg/l 0 1,0
9 Mangan mg/l 0 0,5
10 Nikel mg/l 0 0,1
11 Perak mg/l 0 0,05
12 Raksa mg/l 0 0,005
13 Selesium mg/l 0 0,01
14 Seng mg/l 0 1,0
126
15 Tembaga mg/l 0 1,0
16 Timbal mg/l 0 0,05
17 Amonia mg/l 0,01 0,5
18 Klorida mg/l 25 600
19 Klor Bebas mg/l 0 0
20 Flourida mg/l 0 1,5
21 Kesadahan 0D 5 0
22 Nitrat dan Nitrit mg/l 0 10
23 Sulfat mg/l 50 400
24 Sulfida mg/l 0 0
25 Uranil mg/l 0 5
26 Ekstrak Karbon
Kloroform
mg/l 0,01 0,5
27 Herbisida mg/l 0 0,1
28 Minyak dan Lemak mg/l 0 -
29 Fenol mg/l 0 0,002
30 Pestisida
a. Aldrin mg/l 0 0,017
b. Klordane mg/l 0 0,003
c. DDT mg/l 0 0,042
d. Dieldrin mg/l 0 0,017
e. Endriana mg/l 0 0,001
f. Heptaklor mg/l 0 0,018
g. Heptaklor Eposit mg/l 0 0,018
h. Lindane mg/l 0 0,056
i. Metoksi Klor mg/l 0 0,035
j. Organoposphat mg/l 0 0,1
k. Karbonat mg/l 0 0,1
l. Toxophene mg/l 0 0,5
31 Sianida mg/l 0 0,1
32 Gross Beta mg/l 100 1000
33 Radium 226 mg/l 1 3
127
34 Strontium -90 mg/l 2 10
(Sumber : NOMOR : 173/Men.Kes/Per/VIII/1977 et. al. Sugiharto, 1977)
Proses pengolahan limbah, terutama limbah cair, dapat diolah menggunakan tiga
macam proses yaitu, secara fisika, kimia, dan biologis. Pada pabrik Margarin,
digunakan pengolahan limbah secara fisik dan kimia, dengan pertimbangan
limbah yang dihasilkan tidak terlalu berbahaya.
Pengolahan secara Fisika
Tujuan : Memisahkan bahan-bahan yag berukuran besar dan terapung.
Tahapan pengolahannya antara lain :
a. Penyaringan
Cara yang efisien dan murah untuk menyisihkan bahan tersuspensi yang
berukuran besar
b. Flotasi
Digunakan untuk menyisihkan bahan-bahan yang mengapung (minyak,
lemak) agar tidak mengganggu proses pengolahan berikutnya
c. Filtrasi
Menyisihakn sebanyak mungkin partikel tersuspensi dari dalam air agar
tidak mengganggu proses pengolahan berikutnya
d. Adsorpsi
Menyisihkan kemungkinan adanya senyawa aromatik (fenol) dan senyawa
organik terlarut lainnya
128
Pengolahan secara Kimia
Tujuan : Menghilangkan partikel-partikel yang tidak mudah mengendap
seperti koloid
Tahapan pengolahannya berupa penambahan koagulan dan flokulan. Pada
pengolahan limbah, terdapat kolam ekualisasi, dimana kolam tersebut
berfungsi sebagai pengatur laju alir limbah agar pengolahan limbah dapat
berjalan dengan baik.
C. Laboratorium
Laboratorium merupakan bagian yang sangat penting dalam menunjang
kelancaran proses produksi dan menjaga mutu produksi. Dengan data yang
diperoleh dari laboratorium maka proses produksi akan selalu dapat dikendalikan
dan kualitas produk dapat dijaga sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan.
Disamping itu juga berperan dalam pengendali pencemaran lingkungan, baik
udara maupun limbah cair.
Laboratorium berada di bawah bagian produksi yang mempunyai tugas pokok
antara lain :
1. Sebagai pengendali kualitas bahan baku (apakah sudah memenuhi persyaratan
yang diijinkan atau tidak) dan pengendali kualitas produk (apakah sudah
memenuhi spesifikasi atau belum).
2. Sebagai pengendali terhadap proses produksi dengan melakukan analisa
terhadap pencemaran lingkungan yang meliputi polusi udara, limbah cair dan
limbah padat yang dihasilkan unit-unit produksi.
129
3. Sebagai pengendali terhadap mutu air proses, air pendingin, air umpan boiler,
steam, dan lain-lain yang berkaitan langsung dengan proses produksi.
Laboratorium melaksanakan tugas selama 24 jam sehari dalam kelompok kerja
shift dan non-shift.
a. Kelompok Non–Shift
Kelompok ini bertugas melakukan analisa khusus, yaitu analisa yang sifatnya
tidak rutin dan menyediakan reagen kimia yang diperlukan oleh laboratorium.
Dalam membantu kelancaran kinerja kelompok shift, kelompok ini
melaksanakan tugasnya di laboratorium utama dengan tugas-tugas antara lain :
Menyediakan reagen kimia untuk analisa laboratorium.
Melakukan analisa bahan buangan penyebab polusi.
Melakukan penelitian/percobaan untuk membantu kelancaran produksi.
b. Kelompok Shift
Kelompok ini melaksanakan tugas pemantauan dan analisa-analisa rutin
terhadap proses produksi. Dalam melaksanakan tugasnya, kelompok ini
menggunakan sistem bergilir yaitu kerja shift selama 24 jam dengan masing-
masing shift bekerja selama 8 jam.
Dalam pelaksanaan tugasnya, seksi laboratorium dikelompokkan menjadi :
Laboratorium Fisik
Laboratorium Analitik
Laboratorium Penelitian dan Pengembangan
Laboratorium Analisa Air
130
C.1. Laboratorium Fisika
Bagian ini mengadakan pemeriksaan atau pengamatan terhadap sifat-sifat fisis
bahan baku dan produk. Pengamatan yang dilakukan antara lain :
Spesifik grafity
Viskositas kinematik
Kandungan bahan baku CPO
Kamdungan produk margarin
C.2. Laboratorium Analitik
Bagian ini mengadakan pemeriksaan terhadap bahan baku dan produk
mengenai sifat-sifat kimianya. Analisa yang dilakukan antara lain :
Kadar impuritas pada bahan baku
Kandungan logam berat
Kandungan metal
C.3. Laboratorium Penelitian dan Pengembangan
Bagian ini bertujuan untuk mengadakan penelitian, misalnya :
Diversifikasi produk
Pemeliharaan lingkungan (pembersihan air buangan).
Disamping mengadakan penelitian rutin, laboratorium ini juga mengadakan
penelitian yang sifatnya non-rutin, misalnya saja penelitian terhadap produk di
unit tertentu yang tidak biasanya dilakukan penelitian, guna mendapatkan
alternatif lain tentang penggunaan bahan baku.
131
C.4. Laboratorium Analisa Air
Pada laboratorium analisa air ini yang dianalisa antara lain :
1. Bahan baku air
2. Air demineralisasi
3. Air pendingin
4. Air umpan boiler
Parameter yang diuji antara lain warna, pH, kandungan klorin, tingkat
kekeruhan, total kesadahan, jumlah padatan, total alkalinitas, kadar minyak,
sulfat, silika dan konduktivitas air. Alat- alat yang digunakan dalam
laboratorium analisa air adalah :
a. pH meter, digunakan untuk mengetahui tingkat keasaman / kebasaan
b. Spektrometer, untuk menentukan konsenterasi suatu senyawa terlarut dalam
air dengan syarat larutan harus berwarna.
c. Spectroscopy, untuk menentukan kadar sulfat.
d. Peralatan gravimetric, untuk mengetahui jumlah kandungan padatan dalam
air.
e. Peralatan titrasi , untuk mengetahui kandungan klorida, kasadahan dan
alkalinitas.
f. Conductivity meter , untuk mengetahui konduktivitas suatu zat yang terlarut
dalam air.
Air terdeminerasasi yang dihasilkan unit terdemineralizer juga diuji oleh
departemen ini. Parameter yang diuji antara lain pH, konduktivitas dan
kandungan silikat (SiO2). Sedangkan parameter air umpan boiler yang
dianalisis antara lain kadar hidrazin, amonia dan ion fosfat.
132
C.5. Alat Analisa
Alat analisa yang digunakan :
Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS), untuk menganalisa logam
berat dan hidrokarbon.
Water Content Tester, untuk menganalisa kadar air dalam produk.
Viskometer Bath, untuk mengukur viskositas produk keluar reaktor.
Hydrometer, untuk mengukur spesific gravity.
D. Instrumentasi dan Pengendalian Proses
Dalam pengoperasian dan pengendalian alat-alat proses, diperlukan sistem
instrumentasi yang dapat mengukur, mengindikasikan, dan mencatat variabel-
variabel proses. Variabel proses itu antara lain temperatur, tekanan, laju alir, dan
ketinggian. Pengendalian alat-alat proses dipusatkan di ruang kendali, walaupun
dapat pula dilakukan langsung di lapangan. Pengendalian terhadap kualitas bahan
baku dan produk dilakukan di laboratorium pabrik. Sistem pengendalian di pabrik
fenol ini menggunakan Distributed Control System (DCS). Sistem ini
mempergunakan komputer mikroprosesor yang membagi aplikasi besar menjadi
sub-sub yang lebih kecil. Data yang diperoleh dari elemen-elemen sensor diolah
dan disimpan. Pengendalian dilakukan dalam Programmable Logic Controller
dengan cara mengubah data-data tersebut menjadi sinyal elektrik untuk
pembukaan atau penutupan valve-valve. Untuk melakukan perhitungan matematis
yang rumit dan kompleks dibutuhkan Supervisor Control System (SCS). Beberapa
kemampuan yang dimiliki oleh SCS adalah :
1. Kalkulasi termodinamik.
133
2. Prediksi sifat/komposisi produk dan kontrol.
3. Menyimpan data dalam jangka waktu yang panjang.
Model hierarki pengendalian meliputi empat tingkat kebutuhan informasi dan
sistem pengendalian. Computer Integrated Manufacturing (CIM) dicapai dengan
pengkoordinasian dan penggunaan secara efektif aliran informasi melalui seluruh
tingkatan. Keempat tingkatan ini diperlihatkan pada Tabel 6.7.
Tabel 6.7. Tingkatan Kebutuhan Informasi dan Sistem Pengendalian
Tingkatan Fungsi
Regulatory and Sequential Control Memantau, mengendalikan, dan
mengatur berbagai aktuator dan
perangkat lapangan yang berhubungan
langsung dengan proses.
Supervisory Control System - Mengkoordinasikan kegiatan satu atau
lebih DCS
- Menyediakan plantwide summary dan
plantwide process overview.
Sistem informasi yang dibutuhkan
oleh Local Plant Management
Pengaturan operasi hari ke hari, seperti
penjadwalan produk, pemantauan
operasi, laboratorium jaminan kualitas,
akumulasi data produksi – biaya, dan
tracking shipment.
Management Information System Mengkoordinasikan informasi
134
keuangan, penjualan, dan
pengembangan produk pada tingkat
perusahaan.
Pengendalian terhadap variabel proses dilakukan dengan dua cara, yaitu sistem
pengendali elektronik. Variabel-variabel yang dikendalikan berupa temperatur,
tekanan, dan laju alir. Pengendalian variabel utama proses tercantum pada Tabel
6.8.
Tabel 6.8. Pengendalian Variabel Utama Proses
No. Variabel Alat Ukur
1. Temperatur Termokopel
2. Tekanan Pressure gauge
3. Laju AlirOrificemeter, venturimeter, vortexcoriolismeter, rotating
vanemeter